1.本发明实施例涉及半导体制造领域，尤其涉及一种互连结构的形成方法。
背景技术：
2.近年来，随着集成电路工艺的发展，集成电路的集成度及半导体技术都取得了巨大的进步。在半导体制造工艺中，由于集成电路的尺寸在不断缩小，后段（back end of line，beol）金属互连线的线宽也在不断减小。
3.后段金属互连线的形成通常包括接触孔和金属线的形成，但目前用接触孔和金属线形成后段金属互连线的良率和性能有待提高。
技术实现要素：
4.本发明实施例解决的问题是提供一种互连结构的形成方法，提高互连结构的工作性能。
5.为解决上述问题，本发明实施例提供一种互连结构的形成方法，包括：提供基底，所述基底中形成有前层互连结构，所述基底上形成有第一介质层；在所述第一介质层中形成第一沟槽，所述第一沟槽位于所述前层互连结构上方；形成填充所述第一沟槽的牺牲层；形成覆盖所述牺牲层和第一介质层的第二介质层；在所述第二介质层中形成露出所述牺牲层的第二沟槽，所述第二沟槽的开口尺寸大于所述第一沟槽的开口尺寸；通过所述第二沟槽去除所述牺牲层，露出所述前层互连结构顶部；去除所述牺牲层后，在所述第一沟槽和第二沟槽中形成与所述前层互连结构相接触的顶部互连结构。
6.与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：本发明实施例提供的互连结构的形成方法中，填充所述第一沟槽，形成牺牲层，形成覆盖所述牺牲层和第一介质层的第二介质层，刻蚀所述第二介质层，形成露出所述牺牲层的第二沟槽，去除所述牺牲层，露出所述前层互连结构顶部，去除所述牺牲层后，填充所述第一沟槽和第二沟槽，形成与所述前层互连结构相接触的顶部互连结构；本发明实施例中，采用牺牲层对第一沟槽进行占位，使得去除所述牺牲层后，能够在同一步骤中同时填充所述第一沟槽和第二沟槽，相比于分别在不同步骤中填充第一沟槽和第二沟槽形成顶部互连结构的方案，本方案有利于避免因需要两次工艺形成顶部互连结构而产生接触电阻的情况，从而有利于减小顶部互连结构的阻值，同时，还有利于避免填充第一沟槽后，形成第二沟槽的工艺对第一沟槽中的顶部互连结构造成损伤，而在填充第二沟槽后增大接触电阻的情况，从而有利于减少形成第二沟槽的制程对顶部互连结构的影响，提高顶部互连结构的可靠性，进而提高互连结构整体的工作性能；此外，在同一步骤中同时填充所述第一沟槽和第二沟槽，相应有利于简化形成顶部互连结构的工艺步骤。
附图说明
7.图1至图6是一种互连结构的形成方法中各步骤对应的结构示意图；
图7至图13是本发明互连结构的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。
具体实施方式
8.目前互连结构的工作性能仍有待提高。现结合一种互连结构的形成方法分析互连结构的工作性能仍有待提高的原因。
9.参考图1至图6，示出了一种互连结构的形成方法中各步骤对应的结构示意图。
10.参考图1，提供基底10，基底10中形成有前层互连结构11，基底10上形成有第一介质层20。
11.参考图2，在第一介质层20中形成第一沟槽23，第一沟槽23露出前层互连结构11顶部。
12.参考图3，填充第一沟槽23，形成与前层互连结构11相接触的第一顶部互连子结构51。
13.参考图4，形成覆盖第一顶部互连子结构51和第一介质层20的第二介质层30。
14.参考图5，在第二介质层30中形成露出第一顶部互连子结构51的第二沟槽24，第二沟槽24的开口尺寸大于第一沟槽23的开口尺寸。
15.参考图6，填充第二沟槽24，形成与第一顶部互连子结构51相接触的第二顶部互连子结构52，第一顶部互连子结构51和第二顶部互连子结构52构成顶部互连结构50。
16.通常采用刻蚀工艺形成第二沟槽24，因此，在刻蚀第二介质层30形成第二沟槽24的过程中，容易对第二沟槽24底部的第一顶部互连子结构51造成损伤，从而后续在第一顶部互连子结构51顶部形成相接触的第二顶部互连子结构52后，容易导致第一顶部互连子结构51和第二顶部互连子结构52的接触电阻较大，从而导致第一顶部互连子结构51和第二顶部互连子结构52构成的顶部互连结构50的阻值较大，影响顶部互连结构50的可靠性。
17.而且，通常采用金属材料形成第一顶部互连子结构51，金属材料的硬度较大，从而在第一顶部互连子结构51顶部刻蚀第二介质层30时，第一顶部互连子结构51容易造成较大的刻蚀阻力，增加刻蚀形成第二沟槽24的困难。
18.相应的，通常采用金属材料形成第二顶部互连子结构52，则在形成第一顶部互连子结构51时，需要采用平坦化工艺对金属材料进行平坦化处理，在形成第二顶部互连子结构52时，也需要采用平坦化工艺对金属材料进行平坦化处理，则形成顶部互连结构50需要采用两次对金属材料的平坦化工艺，工艺步骤繁多，工艺时间较长，且工艺成本较高。
19.通过两次工艺制程，分别形成第一顶部互连子结构51和第二顶部互连子结构52获得顶部互连结构50，容易导致第一顶部互连子结构51和第二顶部互连子结构52之间的接触电阻较大，从而导致顶部互连结构50的阻值较大，影响顶部互连结构50的可靠性，进而难以提高互连结构的工作性能。
20.为了解决所述技术问题，本发明实施例提供一种互连结构的形成方法，包括：提供基底，所述基底中形成有前层互连结构，所述基底上形成有第一介质层；在所述第一介质层中形成第一沟槽，所述第一沟槽位于所述前层互连结构上方；形成填充所述第一沟槽的牺牲层；形成覆盖所述牺牲层和第一介质层的第二介质层；在所述第二介质层中形成露出所述牺牲层的第二沟槽，所述第二沟槽的开口尺寸大于所述第一沟槽的开口尺寸；通过所述第二沟槽去除所述牺牲层，露出所述前层互连结构顶部；去除所述牺牲层后，在所述第一沟
槽和第二沟槽中形成与所述前层互连结构相接触的顶部互连结构。
21.本发明实施例提供的互连结构的形成方法中，采用牺牲层对第一沟槽进行占位，使得去除所述牺牲层后，能够在同一步骤中同时填充所述第一沟槽和第二沟槽，相比于分别在不同步骤中填充第一沟槽和第二沟槽形成顶部互连结构的方案，本方案有利于避免因需要两次工艺形成顶部互连结构而产生接触电阻的情况，从而有利于减小顶部互连结构的阻值，同时，还有利于避免填充第一沟槽后，形成第二沟槽的工艺对第一沟槽中的顶部互连结构造成损伤，而在填充第二沟槽后增大接触电阻的情况，从而有利于减少形成第二沟槽的制程对顶部互连结构的影响，提高顶部互连结构的可靠性，进而提高互连结构整体的工作性能；此外，在同一步骤中同时填充所述第一沟槽和第二沟槽，相应有利于简化形成顶部互连结构的工艺步骤。
22.为使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
23.图7至图13是本发明互连结构的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。
24.参考图7，提供基底100，基底100中形成有前层互连结构110，基底100上形成有第一介质层200。
25.基底100用于为后续工艺提供操作基础。
26.本实施例中，根据实际工艺情况，基底100内可以形成有功能结构，例如：基底100内可以形成有mos场效应晶体管等半导体器件，还可以形成有电阻结构等。
27.本实施例中，基底100中形成有前层互连结构110，前层互连结构110用于与后续形成的顶部互连结构实现电连接。
28.本实施例中，前层互连结构110的材料为cu。cu的电阻率较低，有利于减小器件的rc延迟（电阻-电容延迟），而且cu具有优良的抗电迁移能力。在其他实施例中，根据实际工艺需求，前层互连结构的材料还可以为al或w等金属材料。
29.本实施例中，所述基底100还包括前层介电层（未示出），所述前层互连结构110形成在所述前层介电层内，从而通过前层介电层实现前层互连结构110之间的绝缘。
30.前层介电层的材料包括碳氧化硅（sioc）、碳氢氧化硅（sicoh）、碳化硅（sic）、碳氮化硅（sicn）、氧化硅（sio2）、氮化硅（sin）和氮氧化硅（sion）中的一种或多种。
31.第一介质层200用于为后续形成容纳顶部互连结构的第一沟槽，还用于使得相邻顶部互连结构之间相互绝缘。
32.本实施例中，第一介质层200包括第一刻蚀停止层210、以及位于第一刻蚀停止层210上的第一层间介质层220。
33.第一刻蚀停止层210的顶面用于作为后续刻蚀第一层间介质层220的刻蚀停止位置。
34.本实施例中，第一刻蚀停止层210的材料包括氮掺杂碳化硅或氮化硅。
35.第一层间介质层220用于使后续所形成的顶部互连结构之间相互绝缘，也用于为后续形成顶部互连结构提供工艺平台。
36.本实施例中，第一层间介质层220的材料包括碳氧化硅（sioc）、碳氢氧化硅（sicoh）、碳化硅（sic）、碳氮化硅（sicn）、氧化硅（sio2）、氮化硅（sin）和氮氧化硅（sion）中的一种或多种。
37.参考图8，在第一介质层200中形成第一沟槽230，第一沟槽230位于前层互连结构110上方。
38.第一沟槽230用于为后续形成顶部互连结构提供空间位置，后续顶部互连结构需要与前层互连结构110电连接，因此，第一沟槽230位于前层互连结构110上方。
39.本实施例中，采用干法刻蚀工艺在第一介质层200中形成第一沟槽230。
40.所述干法刻蚀工艺具有各向异性刻蚀的特性，因此通过选取干法刻蚀工艺，有利于减小对第一沟槽230底部材料的损伤，同时，所述干法刻蚀更具刻蚀方向性，有利于提高第一沟槽230的侧壁形貌质量和尺寸精度。
41.本实施例中，在第一介质层200中形成第一沟槽230的步骤包括：以第一刻蚀停止层210顶部为刻蚀停止位置，刻蚀第一层间介质层220；刻蚀第一层间介质层220后，刻蚀露出的部分厚度的第一刻蚀停止层210，形成露出剩余厚度的刻蚀停止层210的第一沟槽230。
42.本实施例中，采用第一刻蚀停止层210作为刻蚀停止位置，有利于更好的控制刻蚀第一层间介质层220的刻蚀量，获得底部形貌质量较高的第一沟槽230，并确保各区域的第一层间介质层220被打开的同时，降低前层互连结构110受损的概率，而且，刻蚀第一层间介质层220后，刻蚀露出的部分厚度的第一刻蚀停止层210，保留剩余厚度的刻蚀停止层210覆盖前层互连结构110，有利于防止前层互连结构110的材料的扩散，在后续采用牺牲层在第一沟槽230中占位的步骤中，还有利于防止因牺牲层与前层互连结构110相接触而对前层互连结构110产生污染的问题，在后续去除第一沟槽230中的牺牲层的步骤中，还有利于防止在前层互连结构110中混入牺牲层的残留物，同时还有利于减小为将牺牲层去除干净而对前层互连结构110造成损伤的概率。
43.需要说明的是，本实施例中，刻蚀露出的部分厚度的第一刻蚀停止层210的步骤中，剩余厚度的第一刻蚀停止层210的厚度d1，占第一刻蚀停止层210总厚度d2的比例不宜过小。如果剩余厚度的第一刻蚀停止层210的厚度d1，占第一刻蚀停止层210总厚度d2的比例过小，则剩余厚度的第一刻蚀停止层210过薄，在刻蚀形成第一沟槽230时，容易将第一刻蚀停止层210刻穿，从而导致后续牺牲层与前层互连结构110相接触，对前层互连结构110产生污染，而且，后续将牺牲层去除干净时，第一刻蚀停止层210难以起到对前层互连结构110较好的保护效果。为此，本实施例中，刻蚀露出的部分厚度的第一刻蚀停止层210的步骤中，剩余厚度的第一刻蚀停止层210的厚度d1，占第一刻蚀停止层210总厚度d2的比例大于或等于1/3。
44.在其他实施例中，也可以仅刻蚀第一介质层以形成第一沟槽，也即在第一介质层中形成第一沟槽的步骤可以包括：刻蚀第一层间介质层，形成露出第一刻蚀停止层的第一沟槽。
45.结合参考图9和图10，形成填充第一沟槽230的牺牲层410。
46.牺牲层410用于为后续在第一沟槽230中形成顶部互连结构占据空间位置。
47.本实施例中，形成牺牲层410的步骤中，牺牲层410的材料选取为：牺牲层410的耐刻蚀度小于第一层间介质层220的耐刻蚀度，则后续易于去除牺牲层410，且在后续去除牺牲层410的步骤中，有利于减小对第一层间介质层220造成损伤的概率，从而保障后续在第一沟槽230中形成顶部互连结构的制程。
48.本实施例中，牺牲层410的材料包括有机材料。
49.有机材料的硬度较低，易被刻蚀，且能够与第一层间介质层220的材料构成较大的刻蚀选择比，有利于后续去除牺牲层410的工艺操作。
50.本实施例中，牺牲层410的材料包括底部抗反射涂层（bottom anti-reflective coating，barc）材料。
51.底部抗反射涂层的形成过程简单易操作，且底部抗反射涂层的硬度较低易刻蚀，并能够与第一层间介质层220的材料构成较大的刻蚀选择比，有利于后续去除牺牲层410的工艺操作。
52.具体地，参考图9，形成填充第一沟槽230的牺牲层410的步骤包括：形成填充第一沟槽230并覆盖第一介质层200顶部的牺牲材料层400。
53.牺牲材料层400用于直接形成牺牲层410。
54.相应的，牺牲材料层400的材料包括底部抗反射涂层材料。
55.本实施例中，形成牺牲材料层400的工艺包括旋涂工艺。
56.旋涂工艺的工艺成本较低，而且，通过采用旋涂工艺，有利于提高牺牲材料层400的顶面平整度，从而为牺牲层410的形成提供良好的界面。
57.参考图10，去除高于第一介质层200顶部的牺牲材料层400（如图9所示），保留位于第一沟槽230（如图8所示）中的牺牲材料层400作为牺牲层410。
58.本实施例中，去除高于所述第一介质层顶部的牺牲材料层的工艺包括干法刻蚀工艺。形成牺牲材料层400后，再回刻蚀牺牲材料层400获得牺牲层410，有利于使得牺牲层410的顶面平坦度较高，从而有利于为后续形成第二介质层提供良好的界面。
59.参考图11，形成覆盖牺牲层410和第一介质层200的第二介质层300。
60.第二介质层300用于后续形成容纳顶部互连结构的第二沟槽，还用于使得相邻顶部互连结构之间相互绝缘。
61.本实施例中，第二介质层300包括第二刻蚀停止层310、以及位于第二刻蚀停止层310上的第二层间介质层320。
62.第二刻蚀停止层310的顶面用于定义后续刻蚀第二层间介质层320的刻蚀停止位置。
63.本实施例中，第二刻蚀停止层310的材料包括氮掺杂碳化硅或氮化硅。
64.第二层间介质层320用于使后续所形成的顶部互连结构之间相互绝缘，也用于为后续形成顶部互连结构提供工艺平台。
65.本实施例中，第二层间介质层320的材料包括sioc、sicoh、sic、sicn、sio2、sin和sion中的一种或多种。
66.本实施例中，采用低温化学气相沉积工艺（chemical vapor deposition，cvd）形成第二介质层300，低温化学气相沉积工艺的工艺温度小于或等于350℃。
67.化学气相沉积工艺具有较好的沉积效果，能形成质量较高的第二介质层300，且能够减少膜层中的空隙。
68.本实施例中，牺牲层410的材料为有机材料，有机材料在温度较高的环境下容易产生变形、扩散的问题，因此，为了保障牺牲层410的形貌和质量，使得牺牲层410能够较好地在第一沟槽230中占位，本实施例中，采用低温化学气相沉积工艺形成第二介质层300，低温指的是工艺温度小于或等于350℃。
69.本实施例中，形成第二介质层300后，还包括：在第二介质层300上形成掩膜层330、以及位于掩膜层330上的图形化的光刻胶层340。
70.图形化的光刻胶层340用于向第二介质层300中进行图形传递，掩膜层330用于作为后续刻蚀第二介质层300的刻蚀掩膜。
71.参考图12，在第二介质层300中形成露出牺牲层410（如图11所示）的第二沟槽240，第二沟槽240的开口尺寸大于第一沟槽230的开口尺寸。
72.第二沟槽240用于为后续形成顶部互连结构提供空间位置，第二沟槽240的开口尺寸大于第一沟槽230的开口尺寸，从而能够在第一沟槽230和第二沟槽240中形成由通孔互连结构和互连线构成的顶部互连结构。
73.需要说明的是，本实施例中，第二沟槽240底部的牺牲层410为有机材料，硬度较低，有利于减小刻蚀第二介质层300的刻蚀阻力，有利于减小形成第二沟槽240的刻蚀难度。
74.本实施例中，采用干法刻蚀工艺在第二介质层300中形成第二沟槽240。
75.所述干法刻蚀工艺具有各向异性刻蚀的特性，因此通过选取干法刻蚀工艺，有利于减小对第二沟槽240底部第一介质层200的损伤，同时，所述干法刻蚀更具刻蚀方向性，有利于提高第二沟槽240的侧壁形貌质量和尺寸精度。
76.具体地，在第二介质层300中形成露出牺牲层410的第二沟槽240的步骤包括：以第二刻蚀停止层310顶部作为刻蚀停止位置，刻蚀第二介质层300；刻蚀第二介质层300后，刻蚀露出的第二刻蚀停止层310。
77.采用第二刻蚀停止层310作为刻蚀停止位置，有利于更好的控制刻蚀第二层间介质层320的刻蚀量，获得底部形貌质量较高的第二沟槽240。
78.具体地，以光刻胶层340为掩膜，依次刻蚀掩膜层330和第二介质层320，刻蚀后的掩膜层330在形成第二沟槽240的过程中能够继续起到掩膜的作用。
79.继续参考图12，通过第二沟槽240去除牺牲层410，露出前层互连结构110顶部。
80.通过第二沟槽240去除牺牲层410，为后续形成顶部互连结构提供空间位置，露出前层互连结构顶部110，为后续形成的顶部互连结构与前层互连结构110电连接做准备。
81.本实施例中，采用干法刻蚀工艺去除牺牲层410。
82.所述干法刻蚀工艺具有各向异性刻蚀的特性，同时，所述干法刻蚀更具刻蚀方向性，有利于减小对第一沟槽230侧壁的第一介质层200的损伤，保障第一沟槽230的侧壁形貌质量和尺寸精度。
83.本实施例中，在同一刻蚀工序中刻蚀第二介质层300和牺牲层410，以形成第二沟槽240、并去除牺牲层410。
84.本实施例中，采用干法刻蚀工艺刻蚀第二介质层300，采用干法刻蚀工艺去除牺牲层410，从而能够通过调整干法刻蚀工艺的工艺参数的方式，在同一工序中刻蚀第二介质层300和牺牲层410，例如，采用第一参数和第一气体刻蚀第二介质层300，将第二介质层300刻蚀完成后，切换参数和气体，采用第二参数和第二气体刻蚀去除牺牲层410，提高工艺效率，节约工艺时间。
85.继续参考图12，去除牺牲层410之后，还包括：去除露出的第一刻蚀停止层210，以露出前层互连结构110的顶部，为后续形成的顶部互连结构与前层互连结构110电连接做准备。
86.本实施例中，采用干法刻蚀工艺去除露出的第一刻蚀停止层210。
87.所述干法刻蚀工艺具有各向异性刻蚀的特性，同时，所述干法刻蚀更具刻蚀方向性，有利于减小对第一沟槽230底部前层互连结构110的损伤，有利于提高第一沟槽230的侧壁形貌质量和尺寸精度。
88.本实施例中，在同一刻蚀工序中刻蚀第二介质层300、牺牲层410、以及第一刻蚀停止层210，以形成第二沟槽240、去除牺牲层410、并去除露出的第一刻蚀停止层210。
89.相应的，本实施例中，在同一刻蚀工序中，去除牺牲层410后，切换参数和气体，采用第三参数和第三气体刻蚀去除露出的第一刻蚀停止层210，提高工艺效率，节约工艺时间。
90.参考图13，去除牺牲层410（如图11所示）后，在第一沟槽230（如图12所示）和第二沟槽240（如图12所示）中形成与前层互连结构110相接触的顶部互连结构500。
91.顶部互连结构500用于与前层互连结构110实现电连接。
92.本发明实施例中，采用牺牲层410对第一沟槽230进行占位，使得去除牺牲层410后，能够在同一步骤中同时填充第一沟槽230和第二沟槽240，相比于分别在不同步骤中填充第一沟槽和第二沟槽形成顶部互连结构的方案，本方案有利于避免因需要两次工艺形成顶部互连结构500而产生接触电阻的情况，从而有利于减小顶部互连结构500的阻值，同时，还有利于避免填充第一沟槽230后，形成第二沟槽240的工艺对第一沟槽230中的顶部互连结构500造成损伤，而在填充第二沟槽240后增大接触电阻的情况，从而有利于减少形成第二沟槽240的制程对顶部互连结构500的影响，提高顶部互连结构500的可靠性，进而提高互连结构整体的工作性能。
93.本实施例中，顶部互连结构500位于第一沟槽230中的部分作为通孔互连结构，顶部互连结构500位于第二沟槽240中的部分作为互连线。
94.本实施例中，顶部互连结构500的材料包括铜。
95.铜的金属导电性较好，电阻较小，有利于获得导电性较好的顶部互连结构500。
96.本实施例中，顶部互连结构500为超厚顶层金属互连结构，其中，超厚顶层金属互连结构的厚度大于或等于2500nm。
97.超厚顶层金属互连结构的厚度较大，需要刻蚀形成的第一沟槽230和第二沟槽240的深度较大，从而难以采用双大马士革工艺形成第一沟槽230和第二沟槽240，因此，通过将本实施例的方法运用于超厚顶层金属互连结构，有利于形成可靠性较好的超厚顶层金属互连结构。
98.虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。